LTE中小区搜索流程

版本：3

时间：2012/11/20

作者：zjc

图............................................................. I V 表格............................................................ V

1.引言....................................................... 1-1

1.1.目标读者............................................. 1-1

1.2.文档内容............................................. 1-1

1.3.修改历史............................................. 1-1

1.4.作者联系方式......................................... 1-2

1.5.缩写、名词解释....................................... 1-2

1.6.参考文献............................................. 1-3

2.小区搜索流程............................................... 2-1

2.1.UE扫描中心频点....................................... 2-2

2.2.检测PSS .............................................. 2-3

2.2.1.PSS简介

2-3

2.2.2.检测PSS

2-4

2.3.检测SSS .............................................. 2-4

2.3.1.SSS简介

2-4

2.3.2.检测SSS

2-6

2.4.解调下行公共参考信号................................. 2-6

2.5.解调PBCH ............................................. 2-6

2.5.1.PBCH简介

2-7

2.5.2.解调PBCH

2-9

2.6.解调PDSCH ........................................... 2-10

2.6.1.接收PCFICH

2-13

2.6.2.判断是否存在SIB

2-16

2.6.

3.接收PDSCH

2-21

2.6.4.判断接收到的系统信息是否足够

2-21

附录 (1)

图

图2-1：小区搜索流程示意图 ..................................................... 2-2图2-2：同步信号频域分布 ....................................................... 2-4图2-3：MIB传输示意图.......................................................... 2-7图2-4：PBCH信道处理流程...................................................... 2-10图2-5：SIB1传输示意图........................................................ 2-11图2-6：SI调度示意图.......................................................... 2-12图2-7：接收SIB流程 .......................................................... 2-13图2-8：PCFICH信道处理流程.................................................... 2-15图2-9：PCFICH传输示意图...................................................... 2-16图 2-10：PDCCH起始位置示意图 ................................................. 2-18图 2-11：PDCCH信道处理流程 ................................................... 2-19

表格

表格2-1：产生PSS的根索引 ..................................................... 2-3表格2-2：系统带宽与资源块对应关系 ............................................. 2-8表格 2-3：PHCIH在MBSFN和非MBSFN子帧上的持续时间.............................. 2-8表格2-4：CRC掩码序列与天线端口对应关系........................................ 2-9表格2-5：控制区域大小（OFDM符号数）.......................................... 2-14表格 2-6：PDCCH格式与资源占用 ................................................ 2-17表格 2-7： PDCCH搜索空间 ..................................................... 2-20表格 2-8：系统信息块（SIB）携带的信息......................................... 2-22

1.引言

本文总结了LTE系统R10版本UE进行小区搜索的流程。

1.1.目标读者

谁应该阅读本文档。

1.2.文档内容

介绍每一节的内容如下：

?第一节：描述本文档的基本内容、目标读者、修改历史、名词术语、缩写、

参考文献等基本信息

?第二节：分布详细介绍小区搜索流程。

?第三节：介绍UE（User Equipment）接收SIB（System Information Block）

流程。

1.3.修改历史

版本时间修改原因

A 2012.11.15 第一版

B 2012.11.20 修改

C 2012.12.7 增加PDCCH信道处理流程

1.4.作者联系方式

作者Email

1.5.缩写、名词解释

缩写全称

CFI Control Format Indicator

CRC Cyclic Redundancy Code

MIB Master Information Block

PBCH Physical Broadcast CHannel

PCFICH Physical Control Format Indicator CHannel

PCI Physical Cell ID

PDSCH Physical Downlink Shared CHannel

PSS Primary Synchronization Signal

RE Resource Element

REG Resource Element Group

SI Scheduling Information

缩写全称

SIB System Information Block

SSS Secondary Synchronization Signal

UE User Equipment (also called a mobile station)

1.6.参考文献

[1]3GPP TS 36.321: "Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA); Medium

Access Control (MAC) protocol specification".

[2]3GPP TS 36.211:"Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA); Physical

Channels and Modulation".

[3]3GPP TS 36.331: "Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA); Radio

Resource Control (RRC) protocol specification".

[4]王映民，孙韶辉。“TD-LTE技术原理与系统设计”。人民邮电出版社，2010.6。

2.小区搜索流程

UE开机、脱网或切换过程中需要进行小区搜索，小区搜索是UE接入系统的第一步，关系到UE能否快速、准确地接入系统。UE首先获取与基站之间时间和频率同步，识别小区ID。然后接收小区系统信息，包括MIB、SIB1及其他SIB 等，完成小区搜索过程。

如图2-1所示是小区搜索流程，其基本过程是：UE开机以后扫描可能存在小区的中心频点，然后在扫描到的中心频点上接收主同步信号（Primary Synchronization Signal，简记PSS）和（Secondary Synchronization Signal，简记SSS），获得时隙和帧同步、CP类型、粗频率同步以及物理小区ID（Physical Cell ID，简记PCI）。获取PCI以后就能知道下行公共参考信号传输结构，可通过解调参考信号获得时隙与频率精确同步。接下来就可以接收MIB、SIB，完成小区搜索过程。下面分步详细介绍小区搜索流程。

623451

图2-1：小区搜索流程示意图

2.1. UE 扫描中心频点

UE 一开机，就会在可能存在LTE 小区的几个中心频点上接收数据并计算带宽RSSI ，以接收信号强度来判断这个频点周围是否可能存在小区。如果UE 能保存上次关机时的频点和运营商信息，则开机后可能会先在上次驻留的小区上尝试驻留。如果没有先验信息，则很可能要全频段搜索，发现信号较强的频点，再去尝试驻留。

需要指出的是UE 进行全频段搜索时，在其支持的工作频段内以100kHz 为间隔的频栅上进行扫描，并在每个频点上进行主同步信道检测。这一过程中，终端仅仅检测1.08MHz 的频带上是否存在主同步信号，这是因为PSS 在频域上占系统

带宽中央1.08MHz ，有关PSS 的详细信息见第2.2节。

2.2. 检测PSS

2.2.1. PSS 简介

PSS 序列)(n d 是频域Zadoff-Chu 序列，由下式产生：

(1)

63(1)(2)

630,1,...,30()31,32,...,61

un n j u u n n j e

n d n e n ππ+-++-?=?=??=?

（1）

其中，Zadoff-Chu 根序列索引u 由表格2-1给出。

表格2-1：产生PSS 的根索引

PSS 映射在时域上：

FDD 系统：#0子帧和#5子帧第一个时隙的最后一个OFDM 符号。 TDD 系统：#1子帧和#6子帧第三个OFDM 符号。

PSS 映射在频域上位于频率中心的1.08M 的带宽上，包含6个RB ，72个子载波。实际上，只使用了频率中心周围的62个子载波，两边各留5个子载波用做保护波段，如图2-2所示。

图2-2：同步信号频域分布

2.2.2. 检测PSS

检测PSS 的基本原理是使用本地序列和接收信号进行同步相关，进而获得期望的峰值，根据峰值判断出同步信号位置。检测出PSS 可首先获得小区组内ID ，

即(2)ID

N 。PSS 每5ms 发送一次，因而可以获得5ms 时隙定时。可进一步利用PSS

获取粗频率同步。

2.3. 检测SSS

2.3.1. SSS 简介

SSS 由两个长度为31的m 序列交叉级联得到的长度为62的序列，此级联序列由PSS 提供的加扰序列加扰。前半帧的SSS 交叉级联方式与后半帧的SSS 交叉级联方式相反，如公式（2）所示：

()()()()()()010101()

00()

10()()

111()

()

011()in subframe 0

(2)()in subframe 5

()in subframe 0

(21)()in subframe 5m m m m m m s n c n d n s n c n s n c n z n d n s n c n z n ??=?????+=???

（2）

a ）其中,300≤≤n 。0m 和1m 由物理层小区标识组(1)

ID N 依据公式（3）产生：

()010(1)(1)

(1)

ID ID

ID mod31

1mod31(1)2(1)2,,30m m m m m N q q m N

q q q q N '='=++????''??++''??=++==??????

（3）

b) 序列0()

0()m s n 和1()1()m s n 由m 序列()s n 根据公式（4）循环移位得到：

()

01()

00()1

1()()mod 31()()mod 31m m s n s n m s

n s n m =+=+

（4）

其中，()12()s i x i =-, 300≤≤i ，()x i 定义如下：

()25

0 ,2m od )()2()5(≤≤++=+i i x i x i x （5）

初始值为(0)0,(1)0,(2)0,(3)0,(4)1x x x x x =====。

c) 两个加扰序列0()c n 和1()c n 依靠PSS 产生，是m 序列()c n 的两种不同循环移位，具体定义如下：

(2)

0ID (2)

1ID

()(()mod31)

()((3)mod31)c n c n N c n c n N

=+=++

（6）

其中{}(2)

ID 0,1,2N ∈，()12()c i x i =-, 030i ≤≤, 定义如下：

()(5)(3)()mod2, 025

x i x i x i i +=++≤≤

（7）

初始值(0)0,(1)0,(2)0,(3)0,(4)1x x x x x =====。

d) 加扰序列0()1()m z n 和1()

1()m z n 由m 序列()z n 循环移位得到：

01()10()

1()(((mod8))mod31)()(((mod8))mod31)m m z n z n m z

n z n m =+=+

（8）

其中，0m 和1m 即为公式（3）产生值。()12()z i x i =-，030i ≤≤，()x i

定义如下：

()(5)(4)(2)(1)()mod2, 025x i x i x i x i x i i +=++++++≤≤ （9）

初始值为(0)0,(1)0,(2)0,(3)0,(4)1x x x x x =====。

SSS 映射在时域上：

FDD 系统：#0子帧和#5子帧第一个时隙的倒数第二个OFDM 符号。 TDD 系统：#0子帧和#5子帧最后一个OFDM 符号。

SSS 映射在频域上与PSS 一样位于频率中心的1.08M 的带宽上，包含6个RB ，72个子载波。实际上，只使用了频率中心周围的62个子载波，两边各留5个子载波用做保护波段，如图2-2所示。

2.3.2. 检测SSS

对于FDD 和TDD 系统，PSS 和SSS 之间的时间间隔不同，CP 的长度（常规CP 或扩展CP ）也会影响SSS 的绝对位置（在PSS 确定的情况下）。因而，UE 需要进行至多4次的盲检测。检测到SSS 以后可获知如下信息：

CP 的长度和系统采用FDD 或TDD 随着SSS 的盲检成功而随之确定。

可以获得小区组ID ，即(1)ID N 。

综合PSS ，根据cell ID N =3(1)ID N +(2)ID N 可获得PCI 。由2.3.1节所述可知，SSS 由两个伪随机序列组成，前后半帧映射相反，

检测到两个SSS 就可以获得10ms 定时，达到了帧同步目的。

2.4. 解调下行公共参考信号

通过检测到的物理小区ID ，可以知道CRS 的时频资源位置。通过解调参考信号可以进一步精确时隙与频率同步，同时为解调PBCH 做信道估计。

2.5. 解调PBCH

经过前述四步以后，UE 获得了PCI 并获得与小区精确时频同步，但UE 接入

系统还需要小区系统信息，包括系统带宽、系统帧号、天线端口号、小区选择和驻留以及重选等重要信息，这些信息由MIB 和SIB 承载，分别映射在物理广播信道（Physical Broadcast CHannel ，PBCH ）和物理下行共享信道（Physical Downlink Shared CHannel ，PDSCH ）。本小节着重叙述解调PBCH 获取MIB 部分，解调PDSCH 获取SIB 的过程在第2.6节详细叙述。

2.5.1. PBCH 简介

如图2-3所示，在时域上PBCH 位于在一个无线帧内#0子帧第二个时隙（即Slot1）的前4个OFDM 符号上（对FDD 和TDD 都是相同的，除去参考信号占用的RE ）。在频域上，PBCH 与PSCH 、SSCH 一样，占据系统带宽中央的1.08MHz(DC 子载波除外)，全部占用带宽内的72个子载波。

PBCH 信息的更新周期为40ms ，在40ms 周期内传送4次。这4个PBCH 中每一个内容相同，且都能够独立解码，首次传输位于SFN mod 4=0的无线帧。

OFDM MIB

图2-3：MIB 传输示意图

MIB 携带系统帧号（SFN ）、下行系统带宽和PHICH 配置信息，隐含着天线端口数信息。下面分别介绍：

1）系统的带宽信息

系统的带宽信息是以资源块个数的形式来表示的，有3个比特。LTE （R10）最多支持 1.4M 到20M 系统带宽，对应的资源块数如下图所示：

表格2-2：系统带宽与资源块对应关系

2）PHICH 配置信息

在PBCH 中使用1bit 指示PHICH 的长度，分正常长度（1个OFDM 符号）和扩展长度（2或3个OFDM 符号）两种形式，如表格 2-3（见参考文献[2]中Table 6.9.3-1）所示。用2bit 指示PHICH 使用的频域资源，即PHICH 组的数量，{

1/4,1/2,1,2}g N ，

对应PHICH 组数为1、2、4、7。常规CP 情况下8个ACK/NACK bit 构成一个PHICH 组。扩展CP 情况下4个ACK/NACK bit 构成一个PHICH 组。

表格 2-3：PHCIH 在MBSFN 和非MBSFN 子帧上的持续时间

3）系统帧号SFN

系统帧号SFN 的长度为10bit ，在0到1023之间取值。在PBCH 中只广播SFN 的前8位，后两位通过PBCH 在40ms 周期窗口内的相对位置确定：第一个10ms 帧为00，第二帧为01，第三帧为10，第四帧为11。UE 可通过盲检测确定PBCH 的40ms 周期窗口。

4）系统天线端口数

系统的天线端口数目隐含在PBCH的循环冗余码（Cyclic Redundancy Code，CRC）里面，通过盲检PBCH的CRC就可以确定其对应的天线端口数目（Attenna Ports），CRC与天线端口数对应关系如表格2-4所示。

表格2-4：CRC掩码序列与天线端口对应关系

2.5.2.解调PBCH

PBCH中承载的MIB信息由上述三种信息组成（隐含信息不算在内）：系统带宽3bit、PHICH配置信息3bit、系统帧号SFN 8bit，有用信息共14bit，再加10bit空闲bit，共24bit。PBCH信道处理流程如图2-4所示，BCCH传输块添加16bit CRC校验以后变为40bit，然后经过信道编码、速率匹配得到的信息比特在常规CP下为1920bit，在扩展CP下为1728bit。

在进行QPSK调制前用一个小区专属的序列（即与PCI相关）进行加扰。加扰后的比特流经过QPSK调制成为信息符号进行层映射和预编码操作，这个过程是与多天线相关的。层是空间中能够区分的独立信道，与信道环境相关，层映射是把调制好的数据符号映射到层上。然后每一层的数据进行预编码操作，相当于在发送端做了一个矩阵变化，使信道正交化，以获得最大的信道增益。最后一步是资源映射，是实现数据到实际物理资源上的映射，如第 2.5.1节所述，PBCH 在每个无线帧内#0子帧第二个时隙（即Slot1）的前4个OFDM符号上传输。在频域上，PBCH占据系统带宽中央的1.08MHz(DC子载波除外)。

UE在完成同步信号PSS和SSS的接收及下行参考信号的解调后，就可以知道PBCH的时频位置了，可以按照上述编码与调制方式进行解调PBCH获取MIB信息。

BCCH传输块

…………

2.6.解调PDSCH

要完成小区搜索，仅仅接收MIB是不够的，还需要接收SIB，即UE接收承载

在PDSCH 上的BCCH 信息。UE 在接收SIB 信息是首先接收SIB1信息。SIB1采用固定周期的调度，调度周期80ms 。第一次传输在SFN 满足SFN mod 8 = 0的无线帧上#5子帧传输，并且在SFN 满足SFN mod 2 = 0的无线帧（即偶数帧）的#5子帧上传输，如图2-5所示。

子帧

SIB1

图2-5：SIB1传输示意图

除SIB1以外，其它SIB 通过系统信息（SI ，Scheduling Information ）进行传输，如图2-6所示。每个SIBx 与跟唯一的一个SI 消息相关联，这个SI 消息有一个周期，是针对SI-window 来说的周期，例如图2-6中的蓝色SI 消息和黄色SI 消息表示两个不同周期的SI 消息。SI-window 的周期是以子帧为单位的，在TS 36.331协议[3]6.2.2节中定义SystemInformationBlockType1中给出{rf8, rf16, rf32, rf64, rf128, rf256, rf512}几种可能，即8个无线帧，16个无线帧等等。一个SI 消息可以包含多个具有相同周期的SIB ，这里的周期是指SIB 对应的SI-window 周期，并且不同SI 消息的SI-window 相互不重叠。

图2-6：SI调度示意图

关于SI-window长度问题，所有的SI消息，SI-window的长度是一样的，如图2 6所示。SI-window长度是可以配置的，在TS 36.331协议[3]6.2.2节中定义的SystemInformationBlockType1中给出了{ms1, ms2, ms5, ms10, ms15, ms20,ms40}几种可能，表示SI-window长度为1ms，2ms……最大40ms。在这个时间窗内，除去MBSFN子帧、TDD上行子帧和发送SIB1的子帧，其余子帧都可以发送SI消息，且可以发送多次，具体由eNB决定。

SI-window的起始时间由当前SI消息在SIB1中的schedulingInfoList中的序号n、SI-window长度w以及周期T相关，具体参考TS 36.331协议[3]5.2.3节，现简述如下：先根据x = (n–1)*w得到一个整数值，则SI-window开始于子帧#a，其中a= x mod 10，对应无线帧为SFN mod T= FLOOR(x/10)。SI-window 结束时间由起始时间和长度w决定。下面以SIB2和SIB5为例。

SIB2默认映射在schedulingInfoList中的第1个SI消息，因此序号n=1，假设SI-window长度为w =2ms，周期是8个无线帧即T = 8。那么x = (1-1)*2 = 0，a = 0 mod 10 = 0，那么SI-window起始时间是#0子帧，对应无线帧为SFN mod 8 = FLOOR(0/10) = 0，也就起始时间是在系统帧号是8的整数倍的无线帧上的0号子帧上，结束时间是1号子帧。

假设SIB5映射在schedulingInfoList中的第3个SI消息，因此序号n= 3，SI-window长度仍然是w =2ms，周期是16个无线帧，即T= 16。那么x= (3-1)*2 = 4，a = 4 mod 10 = 4，那么SI-window起始时间是#4子帧，对应无线帧为SFN